JP4875822B2 - メルトブローン装置で2成分繊維を生成するためのブレーカプレート組立体 - Google Patents
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Description
(技術分野)
本発明は、メルトブローン装置のためのダイヘッド組立体に関し、詳細には、メルトブローン装置で2成分繊維を生成するための工程及びブレーカプレート組立体に関する。
【0002】
(背景技術)
メルトブローン工程は主に、溶融ポリマーを紡糸し、それを、フィラメント又は繊維を形成して細くするように導く流体、通常空気と、溶融状態で接触させることにより細い熱可塑繊維を形成するのに用いられる。冷却後、繊維は捕集され、結合されて、一体化されたウェブを形成する。該ウェブは、濾過材料、吸収性材料、水分障壁、絶縁体等として特に有用である。
従来のメルトブローン工程は、当技術分野では公知である。該工程では、押出器を用い、高温の熱可塑溶融物をダイチップヘッド内の細いオリフィスの列を通過させ、押出オリフィスの両側に配置された減衰気体、通常空気の高速二重流に押し出す。従来のダイヘッドは、米国特許第3,825,380号に開示されている。減衰気体は、米国特許第3,676,242号、米国特許第3,755,527号、米国特許第3,825,379号、米国特許第3,849,241号、及び米国特許第3,825,380号を含む種々の米国特許に記載されているように、通常加熱されている。また、米国特許第4,526,733号、国際特許出願公開WO99/32692号、及び米国特許第6,001,303号から、冷空気減衰工程も知られる。
【0003】
高温溶融物は、オリフィスを出ると、減衰気体にぶつかり、延伸されて個々の繊維になり、これが、次に、移動する捕集表面、通常、小孔ベルトの上に堆積して熱可塑材料のウェブを形成する。効率的な高速の生成のためには、ポリマーが流れており、ダイチップを塞がないように十分に低い粘度に維持されることが重要である。従来の方法によれば、ダイヘッドには、ダイチップに隣接してヒータを設け、ポリマーが、送り込み流路を通ってダイチップのオリフィスに導かれたときに、ポリマーの温度を維持する。また、例えば、欧州登録特許0553419B1号から、加熱減衰空気を用い、ダイチップオリフィスを通るポリマーの押出工程中に高温溶融物の温度を維持することが知られている。
【0004】
2成分メルトブローン紡糸工程には、ダイチップオリフィスを通してポリマーを押し出す前に、各押出器から孔又はポリマーを組み合わせるチャンバ内に2つの異なるポリマーを導くことが含まれる。その結果得られる繊維構造では、繊維の断面にわたって区別でき、繊維を通して縦方向に走るセグメントにポリマーを保持する。ポリマーは、組み合わせられたとき混和ブレンドを形成しないという点で、一般に、「非相溶性」である。2成分繊維又は「コンジュゲート」繊維を生成するのに有用な非相溶性ポリマーの特に望ましい組み合わせの例は、米国特許第5,935,883号から得られる。このような2成分繊維は、その後、ポリマーセグメント線に沿って「分割」され、極細繊維を形成することができる。メルトブローン装置で極細分割繊維ウェブを生成するための方法は、米国特許第5,935,883号に記載されている。
【0005】
2成分繊維を生成するのに特に懸念されるのは、ポリマーの粘度を別個に維持することが困難であることである。一般に、ダイヘッドを通過するポリマーの粘度は、ほぼ同じであることが必要であり、これは、ダイヘッド及び押出器内の温度及び保持時間、ポリマーの組成等を制御することにより達成されると考えられている。一般に、ポリマーは、該ポリマーのそれぞれの粘度がほぼ同じ状態でダイヘッドを通って流れ、オリフィスに到達するときにのみ、コンジュゲート部分で大きな乱流及び破断を生じることなくオリフィスを通って押し出すことができるコンジュゲート塊を形成することができると思われている。分子量の差、更には押出温度の差により、それぞれのポリマー間に粘度差が生じると、ダイヘッド内部でポリマーの流れ内に混合が起こり、ポリマーをオリフィスから押し出す前に、ダイチップ内部に均質なコンジュゲート塊を形成することが困難になる。米国特許第5,511,960号は、ポリマー間に粘度差があってもコンジュゲート繊維を生成するためのメルトブローン紡糸装置を記載している。この装置は、ダイチップ内に送り込みプレート、分配プレート、及び分離プレートの組み合わせを用いている。
当技術分野では、明らかに異なる粘度を有するポリマーから2成分繊維を生成するためのメルトブローン工程及び装置において更なる費用削減が依然として必要とされている。
【0006】
(発明の開示)
本発明の目的及び利点は、以下の記載に述べられるか、記載から明らかとされることができるか、本発明を実施することにより理解することができるであろう。
本発明は、メルトブローン紡糸装置で2成分メルトブローン繊維を生成するための改良されたダイヘッド組立体に関する。本発明のダイヘッド組立体は、どのような特定の種類のメルトブローン装置での用途、及びどのような特定の組み合わせのポリマーの用途のいずれにも限定されないことが理解されるであろう。また、「メルトブローン」という用語は、此処で用いる場合、当技術分野で「メルトスプレー」とも呼ばれる工程を含むことも理解されるであろう。
【0007】
本発明によるダイヘッド組立体は、細長い支持部材に取り外し可能に装着されたダイチップを含む。支持部材は、ダイ本体そのものの一部とされることもでき、またはダイ本体に取り付けられた別個のプレート又は構成部品とされることもできる。そのような構成に関係なく、支持部材は、少なくとも、支持部材を貫通して形成された第1のポリマー供給通路及び別個の第2のポリマー供給通路を有する。これらの通路には、例えば、支持部材の底面に沿って形成された溝を含むことができる。この溝には、別個のポリマー送り込み流路により供給されることができる。
ダイチップは、ダイチップを貫通するように形成され、ダイチップの底縁に沿う出口オリフィス又はノズルで終結する流路の列を有する。これらの流路では、支持部材から運ばれた第1及び第2のポリマーが受け取られ、組み合わせられる。
【0008】
ダイチップの上面には、細長い凹みが形成される。この凹みは、各ダイチップ流路の上側チャンバを形成する。細長い上流ブレーカプレート及び細長い下流ブレーカプレートが、凹み内に積層構成で取り外し可能に支持されている。各ブレーカプレートは、ブレーカプレートを貫通して形成された隣接する孔の対を有する。積層ブレーカプレート内の孔は、位置合わせした孔の対が、ダイチップ流路の各上側チャンバ内に配置されるように位置合わせする。実施形態の1つにおいて、上流ブレーカプレートの上面は、ダイチップの上面に平坦、即ち同一平面上にある。この実施形態において、ダイチップの上面は、支持部材の下側に直接装着可能である。上流ブレーカプレート内にある孔は、支持部材の下側に形成された別個の供給通路又は溝に位置合わせするような間隔及び大きさである。このように、ポリマーは、孔間で交差または混合を防ぐようにされ、ブレーカプレートに運ばれるときに完全に別個のまま維持される。
【0009】
メッシュスクリーンのような濾過装置が、例えば、凹み内で上流及び下流ブレーカプレートの間に配置される。濾過装置は、ポリマーがダイチップ流路に入って組み合わせられる前に、ブレーカプレートの孔を通って運ばれたポリマーを別個に濾過するようにする。
各流路で、第1及び第2のポリマーは、支持部材の供給溝又は通路から運ばれ、上流ブレーカプレート内の別個の各孔をそれぞれ通って流れる。ポリマーは、濾過装置を通って流れ、それにより別個に濾過される。ポリマーは、最終的には、下流ブレーカプレート内にある位置合わせした孔を通り、ダイチップ流路に流れ込む。流路では、ポリマーは、合流して別個のポリマー間に界面又はセグメント線を有する単一の溶融塊になった後、ダイチップオリフィスから2成分ポリマー繊維として押し出される。
【0010】
ブレーカプレートの孔は、種々の構成及び大きさとされることができる。実施形態の1つにおいて、上流ブレーカプレートの孔の対の各孔は、同じ直径である。また、下流ブレーカプレート内の孔も、同じ直径とされることができ、この直径は、上流ブレーカプレートの孔の直径と同じとされることができる。別の実施形態において、上流ブレーカプレート内にある孔の対の個々の孔は、異なる直径を有することができる。下流ブレーカプレートの孔は、この異なる直径に一致する大きさにされることができる。ブレーカプレートには、種々の組み合わせの孔の大きさ又はパターンを構成することができることは、容易に理解できるであろう。
本発明は、添付の図面を参照し、以下に極めて詳細に記載する。
【0011】
(発明を実施するための最良の形態)
本発明の実施形態を詳細に説明するが、1つ又はそれ以上の実施例が、図示され、以下に説明される。各実施例は、本発明の説明のために提供されるが、本発明を限定するものではない。実際、本発明の範囲及び技術的思想層から逸脱することなく、本発明において種々の実施形態及び変形形態が可能であることは、当業者には明らかであろう。例えば、1つの実施形態の一部として図示又は記載した特徴を他の実施形態に用いて、更に別の実施形態を作ることができる。従って、本発明は、そのような実施形態及び変形形態を含むものとする。
本発明は、2成分繊維を生成するための任意の市販又は従来のメルトブローン装置に用いるための改良ダイ組立体に関する。このようなメルトブローン装置は、当業者には公知であり、本発明を理解するためには、その詳細な説明は必要ではない。メルトブローン装置は、一般に此処では、本発明を理解するために必要な範囲で説明することにする。
【0012】
また、2成分繊維即ち「コンジュゲート」ポリマー繊維を形成するための工程及び装置は、当業者には公知である。特にコンジュゲート2成分繊維に適するポリマー及びポリマーの組み合わせは、例えば、米国特許第5,935,883号に開示されている。第5,935,883号特許の全体の開示は、全ての目的に関し、引用により本明細書に組み込まれる。
図1を参照すると、2成分ポリマー繊維18を生成するためのメルトブローン装置8の略図が示されている。ホッパ10a及び10bが、別個のポリマーを各押出器12a及び12bに供給する。押出器は、モータ11a及び11bにより駆動されており、ポリマーが望ましい温度及び粘度になるように加熱されている。溶融ポリマーは、ダイ14まで別個に運ばれ、一般にこのダイもまたヒータ16で加熱されており、導管13で減衰流体源まで連結されている。ダイ14の出口19では、2成分繊維18が、吸引箱15の助けを借りて形成ベルト20上に形成され、捕集される。繊維は、減衰気体により延伸され、場合によっては切断され、移動ベルト20上に堆積してウェブ22を形成する。ウェブは、ロール24、26により圧縮されるか、他の方法で結合されることができる。ベルト20は、ロール21、23により駆動又は回転されることができる。
【0013】
また、本発明は、どのような特定の種類の減衰気体システムにも限定されない。本発明は、例えば、米国特許第4,526,733号、同第6,001,303号、及び国際特許出願公開第WO99/32692号に記載されているような、熱空気減衰気体システムまたは冷空気システムと共に用いることもできる。米国特許第4,526,733号及び該国際特許出願公開は、双方の全ての目的に関し全体を本明細書に組み込まれる。
本発明によるダイヘッド組立体30の実施例を図2に示す。組立体30は、支持部材34の下側36に取り外し可能に装着されたダイチップ32を含む。支持部材34は、ダイ本体の底部分、又はダイ本体に装着された別個のプレート又は部材を含むことができる。図示した実施形態において、ダイチップ32は、ボルト38で支持部材34に装着される。
【0014】
別個の第1及び第2のポリマー供給流路又は通路40、42が、支持部材34を貫通して形成される。該供給通路は、ポリマー送り込み管とすることができる。図2では見えないが、供給通路40、42は、支持部材34の下側36に沿って形成された細長い溝内で終結することができる。支持部材34を通ってダイチップ32まで溶融ポリマーを別個に運ぶのに、通路又は流路のどのような構成を用いることもできる。
ダイチップ32は、ダイチップを貫通して形成された流路44の列を有する。流路44は、下向きに先細りになっており、ダイチップ32の底部のナイフエッジ19に沿って形成された出口ノズル又はオリフィス46で終結することができる。流路44は、支持部材34から運ばれた第1及び第2のポリマーを受け取って組み合わせる。2成分繊維の形成において、ポリマーは、流路44内で混合せず、別個の一体性を維持し、2つのポリマー間に界面又はセグメント線が形成される。従って、その結果得られる繊維構造は、繊維の断面にわたって区別できるセグメントにポリマーを維持する。これらのセグメントは、繊維を通って縦方向に走る。
【0015】
本発明は、どのような特定の大きさの繊維を生成することにも限定されない。本発明は、直径が約1から5ミクロンの範囲のメルトブローン繊維、詳細には、平均直径の大きさが約3から4ミクロンである繊維を生成するのに有用である。
細長い凹み48が、ダイチップ32の上面50に沿って形成される。凹み48は、ダイチップ32の全長に沿って走ることができる。凹み48は、このように、各ダイチップ流路44に対する上側チャンバを形成する。
【0016】
凹み48内には、細長い上流ブレーカプレート52及び細長い下流ブレーカプレート56が支持されている。これらのブレーカプレート52、56は、図3に詳細に示されるように、全体的に同じ形状及び同じ寸法を有し、凹み48内に、積層構成で支持されている。個々のブレーカプレートは、図4、及び図5に更に明確に示されている。各ブレーカプレートには、ブレーカプレートを貫通して形成された隣接する孔の対が含まれる。図3から図5までを詳細に参照すると、上流ブレーカプレート52は、孔の対を形成する隣接する孔58a及び58bを含む。このような孔の対は、ブレーカプレート52に沿って長手方向に設けられる。同様に、下流ブレーカプレート56は、孔の対を形成する隣接する孔60a及び60bを含む。このような孔の対は、ブレーカプレート56に沿って長手方向に形成される。凹み48内に積層構成で組み立てられると、ブレーカプレート52、56の孔は、図2に見られるように、位置合わせした孔の対が、各ダイチップ流路44の各上側チャンバに設けられるように位置合わせする。
【0017】
メッシュスクリーンなどの濾過装置が、例えば、凹み48内で、上流ブレーカプレート52と下流ブレーカプレート56との間に配置される。
ブレーカプレート52、56は、単に、凹み48内に置くことができ、ダイチップ32を支持部材34から緩めるかまたは取り外すと、凹み48から、容易に取り外すことができる。ブレーカプレート52、56は、ダイチップ32から別個に取り外すことができ、プレートを取り外すのに、プレート間を分解する必要は全く無い。
【0018】
ダイチップ32に沿う各流路44では、第1及び第2のポリマーが、支持部材34内に形成された通路又は送り込み管42、40を通って運ばれる。ポリマーは、上流ブレーカプレート52を貫通して形成された別個の孔58a、58bのそれぞれに流れ込む。ポリマーは、次に、濾過装置62(ブレーカプレート間に配置されている場合)を通って流れ、別個に濾過された後、下流ブレーカプレート56の別個の孔60a,60bのそれぞれに流れ込む。濾過装置即ちスクリーン62は、ポリマーが、上流ブレーカプレート52から下流ブレーカプレート56に流れ込むときに、交差を防ぐような厚さ及びメッシュ構成を有する。この場合、150メッシュから250メッシュのスクリーンが有用である。ポリマーは、別個に下流ブレーカプレート46を通った後、個々の流路44に流れ込む。流路44では、ポリマーは、組み合わせられて単一の溶融塊にされ、これが、2成分繊維としてオリフィス46から押し出される。
出願者らは、此処に記載するダイヘッド組立体の構成により、従来の紡糸装置で懸念されていた乱流や分配の問題を起こすことなく、著しく異なる粘度を有する2成分繊維を効率的に紡糸することができることを見出した。
【0019】
ブレーカプレート52、56に、種々の孔構成を形成することができる。例えば、図示した実施形態において、上流ブレーカプレート52内に形成された孔58a及び58bは、ほぼ同じ直径を有する。同様に、下流ブレーカプレート56内の孔60a及び60bも、ほぼ同じ直径を有する。孔58a及び58bの直径は、孔60a及び60bの直径と同じとすることができる。図示しない別の実施形態において、孔58aは、孔58bと異なる直径を有することができる。同様に、下流ブレーカプレート56内の孔60aは、孔60bと異なる直径を有することができる。位置合わせした孔58a及び60aは、同じ直径を有することができる。同様に、位置合わせした孔58b及び60bは、同じ直径を有することができる。種々の組み合わせの孔の大きさ及び構成を用いて、ブレーカプレートを通る別個のポリマーを望ましく計量することもでき、或いは2成分繊維に特定の望ましいセグメントの断面形状を実現することもできることが理解されるであろう。また、ポリマーの計量率も、当業者には公知の手段により正確に制御し、別個のポリマーを望ましい比率にすることができる。
【0020】
ブレーカプレート52、56は、上流ブレーカプレート52の上面53がダイチップ32の上面50と平坦に、即ち同一平面内にあるように、プレートの積層の組み合わせが、凹み48内で平坦に支持されるような厚さを有することが好ましい。この実施形態において、図2に示すように、ダイチップ32は、ダイチップ32の上面50が、支持部材34の下側に接触するように装着することができる。凹み48は、支持部材34の下側36に沿って形成された供給溝内で終結することもできる供給通路42、40を包囲する幅を有する。
本発明は、著しく異なる粘度を有するポリマーを組み合わせることができるダイヘッド組立体を提供する。例えば、約450MFRまでの粘度差、更には約600MFRまでの粘度差を有するポリマーも、本発明のダイヘッド組立体で加工処理することができる。
【0021】
本発明の範囲及び技術的思想から逸脱することなく、本発明に種々の変更形態及び変形形態をなすことが可能であることは、当業者には理解されるであろう。例えば、本発明によるダイヘッド組立体は、ブレーカプレートを貫通して形成された種々の孔構成を含むことができる。同様に、ダイチップは、種々のメルトブローンダイに適合するどのような構成でも構成されることもできる。本発明は、このような変更形態及び変形形態を含むことを企図する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 2成分繊維を生成するためのメルトブローン装置の概略斜視図である。
【図2】 本発明によるダイヘッド組立体の部品の断面図である。
【図3】 本発明によるブレーカプレートの実施形態の断面図である。
【図4】 図3に示す線4-4に沿った上流ブレーカプレートの平面図である。
【図5】 図3に示す線5-5に沿った下流ブレーカプレートの平面図である。
Claims (15)
- 貫通形成された第1のポリマー供給通路及び第2のポリマー供給通路を有する細長い支持部材の下側に取り外し自在に装着可能であり、前記支持部材から運ばれる第1及び第2のポリマーを受け取って組み合わせる、下側端部に沿った出口オリフィスで終結するように貫通形成された流路列を有するダイチップと、
前記ダイチップの上面に形成されて、前記ダイチップの各流路の上側チャンバを形成する細長い凹みと、
前記凹み内に積層構成で取り外し自在に支持され、隣接して形成された貫通孔の位置合わせした対を有し、該位置合わせした孔の対が前記上側チャンバ内にそれぞれ配置されている細長い上流ブレーカプレート及び細長い下流ブレーカプレートと、
前記上側チャンバ内で、前記上流ブレーカプレートと下流ブレーカプレートとの間に配置された濾過装置と、を備えたダイヘッド組立体であって、
前記濾過装置は、1枚のメッシュスクリーンから構成され、
前記流路の各々で、前記支持部材の供給通路から運ばれた前記第1及び第2のポリマーが、前記上流ブレーカプレート内の別個の前記孔をそれぞれ通って流れ、前記濾過装置を通って流れ、前記下流ブレーカプレート内にある前記位置合わせした孔を通って流れて、前記オリフィスから2成分ポリマー繊維として押し出される前に、前記流路に流れて組み合わされることを特徴とする、メルトブローン装置で2成分繊維を生成するためのブレーカプレート組立体。 - 前記上流ブレーカプレートが、前記濾過装置の上にあることを特徴とする、請求項1に記載のダイヘッド組立体。
- 前記上流ブレーカプレート及び下流ブレーカプレートが、前記ダイチップから別個に取り外し可能であることを特徴とする、請求項1に記載のダイヘッド組立体。
- 前記上流ブレーカプレート内の前記孔が、前記下流ブレーカプレート内の前記位置合わせした孔と本質的に同じ直径を有することを特徴とする、請求項1に記載のダイヘッド組立体。
- 前記上流ブレーカプレート内の前記孔が、前記下流ブレーカプレート内の前記位置合わせした孔と異なる直径を有することを特徴とする、請求項1に記載のダイヘッド組立体。
- 前記チャンバ内に積層構成で配置された前記上流ブレーカプレート及び前記下流ブレーカプレートのそれぞれに形成された貫通孔の対を位置合わせして形成された前記孔の対の個々の前記孔が、異なる直径を有することを特徴とする、請求項1に記載のダイヘッド組立体。
- 前記ブレーカプレートの前記位置合わせした孔が、本質的に同じ直径を有することを特徴とする、請求項6に記載のダイヘッド組立体。
- 前記チャンバ内に積層構成で配置された前記上流ブレーカプレート及び前記下流ブレーカプレートが、前記上流ブレーカプレートの上面が、前記ダイチップの前記上面と同一平面内にあるように設けられていることを特徴とする、請求項1に記載のダイヘッド組立体。
- 前記ダイチップ上面が、前記支持部材の前記下側に直接接触して取り付けられており、前記支持部材内の前記供給通路が、細長い溝で形成され、前記上流ブレーカプレート内の前記孔が、前記溝の別個の溝と位置合わせするような間隔及び大きさを有することにより、前記孔間で前記ポリマーの交差または混合を防ぐようにすることを特徴とする、請求項8に記載のダイヘッド組立体。
- 前記濾過装置が、150メッシュから250メッシュまでのメッシュスクリーンを含むことを特徴とする、請求項1に記載のダイヘッド組立体。
- その底面に沿って形成された第1のポリマー供給溝及び第2のポリマー供給溝を有する細長い支持部材の下側に、取り外し自在に装着可能であり、前記支持部材の底面に接して取り付け可能な上側表面を有するとともに、前記支持部材から運ばれる第1及び第2のポリマーを受け取って組み合わせる、端部に沿った出口オリフィスで終結するように貫通形成された流路列を有するダイチップと、
前記ダイチップの上面に形成され、前記支持部材の前記供給溝を包囲するような幅を有し、前記ダイチップの各流路の上側チャンバを形成する細長い凹みと、
前記凹み内に積層構成で取り外し自在に支持され、本質的に同じ直径を有して隣接して形成され、垂直に位置合わせして各前記上側チャンバ内に各々配置され、前記支持部材の供給溝の別個の溝と位置合わせするような間隔及び大きさを有することにより、ポリマーの交差または混合を防ぐようにされた貫通孔の対を有し、該孔が双方で本質的に同じ直径である細長い上流ブレーカプレート及び細長い下流ブレーカプレートと
前記ブレーカプレート間に配置された濾過装置と、を備えたダイヘッド組立体であって、
前記濾過装置は、1枚のメッシュスクリーンから構成され、
前記流路の各々で、前記支持部材の供給通路から運ばれた前記第1及び第2のポリマーが、前記上流ブレーカプレート内の別個の前記孔をそれぞれ通って流れ、前記濾過装置を通って流れ、前記下流ブレーカプレート内にある前記位置合わせした孔を通って流れて、前記オリフィスから2成分ポリマー繊維として押し出される前に、前記流路に流れて組み合わされることを特徴とする、メルトブローン装置で2成分繊維を生成するためのブレーカプレート組立体。 - メルトブローン2成分繊維を生成するための方法において、
第1のポリマー及び第2のポリマーを、メルトブローン組立体の、ダイチップの凹み内に支持された積層された上流ブレーカプレート及び下流ブレーカプレートを含むダイチップ組立体に供給し、
前記上流ブレーカプレート及び下流ブレーカプレートの位置合わせされた孔を通して前記第1のポリマーを運び、前記上流ブレーカプレート及び下流ブレーカプレートの位置合わせされた別個の孔を通して前記第2のポリマーを運び、
前記第1及び第2のポリマーを、前記上流及び下流ブレーカプレートの間を通るときに、前記ブレーカプレート間に配置された1枚のメッシュスクリーンから構成された濾過装置で別個に濾過し、
前記ダイチップ内に形成された流路内で前記ポリマーを組み合わせた後、前記流路の端部の出口オリフィスから2成分ポリマー繊維としてポリマーを押し出す、ことを含むことを特徴とする方法。 - 前記第1及び第2のポリマーを異なる粘度で供給することを更に含むことを特徴とする、請求項12に記載の方法。
- 前記第1及び第2のポリマーを600MFRまでの粘度差で供給することを含むことを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 前記粘度差が、450MFRであることを特徴とする、請求項14に記載の方法。
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